Avaliação teórica da distribuição de luz e dose da TFD para uma fonte de luz com múltiplos comprimentos de onda

The broad absorption spectrum of Protoporphyrin IX (PpIX) allows being activated by a source with an emission spectrum in the visible region. Also, PpIX can be activated simultaneously by two or more sources whose emission spectrum overlaps with its absorption spectrum. Sources with a wide spectrum of illumination, such as lamps and Sun, have a different light-tissue interaction, and the constant monitoring of the dose of light and the total damage caused by photodynamic therapy (PDT) becomes difficult. The main objectives of this study were to simulate the distribution of light in the tissue for a multi-wavelength source and determine the total theoretical photodynamic dose. This study is composed of three parts. First, photobleaching experiments of PpIX using different light sources and the development of a mathematical model was used to explain the change in PpIX concentration. Second, Monte Carlo simulation using MCX (Monte Carlo eXtreme) was performed to know the light distribution through in a human skin model. Finally, the theoretical photodynamic dose was determined using the two steps mentioned previously. The experimental results show that the decrease in the concentration of PpIX is mainly dependent on the dose of photons absorbed. Therefore, for a multi-wavelength source, the total damage is calculated by partial damages caused by each wavelength that active the PpIX. The simulation of the light distribution in the human skin phantom demonstrated that the energy fluence rate decrease as a function of the depth. The mathematical model estimates that the efficacy of PDT, where it is guaranteed there is necrosis, has a diameter and depth of about 0.3 and 0.2 mm respectively. This model can be expanded to other biological media, other photosensitizers and even to any source of illumination.O amplo espectro de absorção da Protoporfirina IX (PpIX) permite sua ativação por uma fonte com um espectro de emissão amplo na região visível. Além disso, a PpIX pode ser ativada simultaneamente por duas ou mais fontes de luz, cujo espectro de emissão se sobrepõe ao seu espectro de absorção. Fontes com um amplo espectro de emissão, como lâmpadas e Sol, têm uma interação luz-tecido biológico diferente, e o monitoramento constante da dose de luz e o dano total causado pela Terapia Fotodinâmica (TFD) se tornam difíceis. Os principais objetivos deste trabalho foram simular a distribuição de luz no tecido para uma fonte de múltiplos comprimentos de onda e determinar a dose fotodinâmica teórica total. Este trabalho é composto de três partes. Primeiro, experimentos de fotodegradação da PpIX usando diferentes fontes de luz e o desenvolvimento de um modelo matemático foram usados para explicar a mudança na concentração de PpIX. Em segundo lugar, uma simulação de Monte Carlo usando MCX (Monte Carlo eXtreme) foi realizada para obter a distribuição de luz, de múltiplos comprimetos de onda, em um modelo de pele humana. Finalmente, a dose fotodinâmica teórica foi determinada usando as duas etapas mencionadas anteriormente. Os resultados experimentais mostram que a diminuição na concentração de PpIX é principalmente dependente da dose de fótons absorvidos. Portanto, para uma fonte de multi-comprimentos de onda, o dano total é calculado por danos parciais causados por cada comprimento de onda que ativa a PpIX. A simulação da distribuição de luz na pele humana demonstrou que a taxa de fluência de energia diminui em função da profundidade. O modelo matemático estima que a eficácia da TFD, onde é garantida a existência de necrose, tenha diâmetro e profundidade de aproximadamente 0.3 e 0.2 mm respectivamente. Este modelo pode ser expandido para outros meios biológicos, outros fotossensibilizadores e até mesmo para qualquer fonte de iluminação